[发明专利]一种高纯煤系石墨的制备方法

说明书

本发明属于无机非金属材料提纯技术领域，具体涉及一种高纯煤系石墨的制备方法。包括：1)将天然煤系石墨粉碎并压制成煤系石墨片；2)将硫酸盐水溶液与HF溶液混合，得混合溶液；3)以惰性电极为阴极，煤系石墨片为阳极，混合溶液为电解液；将阳极、阴极与直流电源相连，浸入电解液中，先在恒压+1.5～+4V保持1～5min，得膨胀的石墨阳极片；再将电压升到+5～+10V保持1～5min，阳极持续剥落至电压变为0V；4)将步骤3)处理后的电解液搅拌或超声，静置，再对悬浮液洗涤和干燥，即得。该方法所得高纯煤系石墨的结构缺陷降低，未引入其他官能团，脱灰率达100％，固定碳含量在99％以上，产品回收率达80％以上。

技术领域

本发明属于无机非金属材料提纯技术领域，具体涉及一种高纯煤系石墨的制备方法。

背景技术

石墨由于其独特的结构和性能，在我国被认定为新兴战略性矿产资源。自2004年发现石墨烯之后，石墨作为自上而下法制备石墨烯的原料，便成为近些年的研究热点。天然石墨根据结晶形态不同分为致密结晶状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨。致密状结晶石墨主要分布在斯里兰卡，矿石品位较高，部分可高达99％。我国的石墨资源主要以鳞片石墨和隐晶质石墨为主，不同于隐晶质石墨，鳞片石墨的晶体尺寸更大(1μm)，但矿石品位低，固定碳含量为5～30％。煤系石墨是隐晶质石墨的重要组成部分，在我国煤系石墨的储量约有1亿吨，占国内储量的18.7％。煤系石墨是煤受岩浆热变质及构造应力作用而发展形成的，在这一演化过程中，煤经历了脱氧、去氢和富碳的变化，形成的煤系石墨固定碳含量可达60％～80％。但煤系石墨晶体尺寸小于1μm，并且石英、绿泥石、白云母等杂质矿物与石墨微晶呈浸染状态紧密结合在一起，使得煤系石墨的提纯更为困难。

目前煤系石墨的提纯技术可以分为两大类，分别是化学提纯技术和物理提纯技术。化学提纯技术主要包括碱酸法、混酸法和氯化焙烧法。物理提纯技术主要包括浮选法和高温法。碱酸法和混酸法是目前最常用的两种提纯技术，但是这两种方法均存在耗时长，工艺复杂以及严重的环境污染等问题。氯化焙烧法虽然可以降低提纯过程所需的温度条件，但是氯气有毒且腐蚀性极强，对设备及环境均会产生严重的影响。浮选法是最为经济环保的纯化方式，但是纯化效率较低，纯化石墨的固定碳含量仅在90％左右，这主要与杂质矿物和煤系石墨的赋存状态有关。通过高温提纯技术可以得到固定碳含量高达99.9％的石墨材料，但是该方法生产成本高，并且实验条件苛刻，需要高纯惰性气氛以及2300～3000℃的高温条件。除了传统的提纯技术，公开号CN102583360A的中国申请专利文件公开了一种利用微波先酸浸后碱浸或利用微波先碱浸后酸浸的纯化工艺，公开号CN101683979B的中国专利公开了一种先浮选后碱熔酸浸的微晶石墨纯化工艺，然而这些方法工艺复杂，并不具有客观的前景。公开号CN106219526B的中国专利公开了一种在超临界流体中提纯微晶石墨的方法，然而该方法设备成本高，涉及高压操作等问题，实际应用困难。

综上，为进一步充分利用煤系石墨资源，寻找一个简单、成本低廉且高效的煤系石墨纯化技术已经成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯煤系石墨的制备方法，该方法可以解决目前石墨纯化方法中的工艺复杂、成本高、耗时长的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高纯煤系石墨的制备方法，其中，所述的制备方法包括如下步骤：

1)将天然煤系石墨粉碎并压制成煤系石墨片；

2)将硫酸盐水溶液与HF溶液混合，得到混合溶液；

3)以惰性电极为阴极，步骤1)的煤系石墨片为阳极，步骤2)的混合溶液为电解液；将阳极、阴极与直流电源相连，浸入电解液中，先在恒压+1.5～+4V保持1～5min，得到膨胀的石墨阳极片；然后将电压升到+5～+10V，石墨阳极开始剥落，直至电压变为0V；

4)对经过步骤3)处理后的电解液进行搅拌或超声，静置，再对悬浮液进行洗涤和干燥，得到高纯石墨粉。